Connect public, paid and private patent data with Google Patents Public Datasets

Method for treating material at a high altitude

Info

Publication number
WO2003032710A2
Authority
WO
Grant status
Application
Patent type
Prior art keywords
laser
pulse
means
self
high
Prior art date
Application number
PCT/EP2002/011362
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2003032710A3 (en )
Inventor
Ludger Wöste
Roland Sauerbrey
Jean-Pierre Wolf
Original Assignee
Freie Universität Berlin
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G15/00Devices or methods for influencing weather conditions
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING STIMULATED EMISSION
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices for generation, amplification, modulation, demodulation, or frequency-changing, using stimulated emission, of infra-red, visible, or ultra-violet waves
    • H01S3/005Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0057Temporal shaping, e.g. pulse compression, frequency chirping

Abstract

According to the invention, material can be treated at a high altitude from the ground by means of a filament which is oriented towards the sky and is produced by means of the self-focussing and self-defocussing of a highly intensive laser beam. A laser pulse is produced by means of a pulse laser. Said laser pulse is emitted into the atmosphere from the earth. The laser pulse is temporally and spatially focussed in such a way that, in a zone in the atmosphere, the peak performance of the laser pulse exceeds the critical performance necessary for the laser pulse to have a self-focussing effect in the air, in such a way that a filament is formed by the laser pulse. Said technique can be used, for example, to produce condensation cores in the atmosphere and to produce an artificial light source at a high altitude, e.g. for calibrating telescopes.

Description

Verfahren zum Beeinflussen von Materie in großer Höhe A method of manipulating matter at high altitude

Technisches Gebiet technical field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung von Materie in großer Höhe vom Erdboden aus. The invention relates to a method for influencing matter out at great height from the ground. Hierfür gibt es verschiedene Anwendungen. There are various applications. Es gilt, ein Medium zu finden, das die Materie vom Boden aus in großer Höhe mit ausreichender Energie zu beaufschlagen vermag. It is important to find a medium that is able to act on the matter from the ground at high altitude with sufficient energy.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the Invention

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zu Grunde, Materie in großer Höhe vom Boden aus mit ausreichender Energie und Energiedichte zu beaufschlagen und dadurch zu beeinflussen, um gewünschte technische Effekte zu erreichen. The invention is therefore based on the object, matter in a great height from the ground to apply with sufficient energy and energy density and influence in order to achieve desired technical effects.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Beeinflussung mittels eines durch Selbstfokussierung und -defokussierung eines hochintensiven Laserstrahl erzeugten, gegen den Himmel gerichteten Filaments erfolgt. According to the invention this object is achieved in that the influencing takes place by means of a signal generated by self-focusing high intensity laser beam and -defokussierung directed against the sky filament.

Durch ein Filament kann ein gebündelter hochenergetischer Strahl mit kleinerm Öffnungswinkel über große Stecken geführt werden, so daß er bei Aussendung vom By a filament a focused high-energy beam with kleinerm opening angle large insert can be guided so that it at transmission from the

Boden aus noch eine hohe Energiedichte aufweist, die merkliche Wirkung auf dort vorhandene Materie ausübt. Ground still has a high energy density from which exerts significant effect on existing there matter.

Eine Anwendung der Erfindung ist die Erzeugung von Kondensationskernen für Regen in der Atmosphäre. One application of the invention is the generation of condensation nuclei for rain in the atmosphere. Zur Bildung von Regentropfen der Atmosphäre sind auch bei hoher Luftfeuchtigkeit häufig Kondensationskerne erforderlich, an denen das Wasser kondensiert. The formation of raindrops atmospheric condensation nuclei are often required even at high humidity at which the water condenses. Es kann vorkommen, daß Luftmassen mit hoher Luftfeuchtigkeit über einen Landstrich hinwegfließen, ohne daß es regnet, und sich erst später, zB an Bergketten abregnen. It may happen that air masses flowing away with high humidity over a land without it rains, and only later, abregnen example of mountain ranges.

Ein anderes schwerwiegendes Problem ist Hagel. Another serious problem is hail. Hagel entsteht in Wolken, in denen erhebliche Auf- und Abwinde herrschen. Hail is formed in clouds, where significant updrafts and downdrafts prevail. Ein Wasser-Kristallkern gelangt aus kalten oberen Bereichen in wärmere, tiefere Bereiche mit hoher Luftfeuchtigkeit. A water-crystal core passes from the cold upper regions in warmer deeper areas of high humidity. In diesen Bereichen schlägt sich an den Kristallkern Wasser nieder und gefriert, wenn das Gebilde durch Aufwind wieder in höhere Schichten getragen wird. In these areas, water is reflected and freezes on the crystal nucleus when the assembly is supported by the rise again in higher layers. Durch mehrfaches Auf- und By repeated up and

Ab bilden sich größere Hagelkörner, die schließlich so schwer werden, daß sie von den Winden nicht mehr getragen werden und zur Erde herunterfallen. From, larger hailstones that eventually become so heavy that they are no longer carried by the winds and fall to the ground form. Durch Hagel können erhebliche Schäden, insbesondere Ernteschäden auftreten. By hail can cause significant damage, in particular crop damage occur.

Man hat versucht, in solchen feuchten Luftmassen künstliche Kondensationskerne zu schaffen und dadurch Regen in gewünschten Regionen herbeizuführen. Attempts have been made to provide in such humid air masses artificial condensation nuclei and thereby cause rain in desired regions. Man hat auch versucht, Hagel über bewohnten oder bebauten Gebieten dadurch zu vermeiden, daß die Luftfeuchtigkeit durch Bildung künstlicher Kondensationskerne zum Abregnen gebracht wird. It has also been tried to avoid hail over lived or built-up areas characterized in that the humidity is brought to the formation of artificial raining by condensation nuclei. Ein Verfahren dieser Art besteht darin, mit Flugzeugen Regenwolken mit Silberjodidkristallen als Kondensationskernen zu bestreuen und so zum Abregnen zu bringen. Such a method is to sprinkle with airplanes rain clouds with silver iodide crystals as condensation nuclei and thus to bring a lot of rain. Das Bestreuen von Wolken mit Silberjodidkristallen erfolgt dabei "auf Verdacht", ohne genaue Kenntnis, ob tatsächlich mit Wasserdampf übersättigte feuchte Luftmassen vorliegen. The sprinkling of clouds with silver iodide crystals takes place "on suspicion", without precise knowledge of whether in fact there are steam supersaturated humid air masses. Dieses Verfahren ist aufwendig und nur begrenzt wirksam. This process is expensive and of limited effectiveness.

Der Erfindung liegt die speziellere Aufgabe zugrunde, ein effektives Verfahren zur The invention has for its specific object to provide a method for effective

Erzeugung von Kondensationskernen in der Atmosphäre zu schaffen. to create generation of condensation nuclei in the atmosphere.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit folgenden Verfahrensschritten gelöst: This object is achieved by a method of the aforementioned type comprising the following steps:

(a) Erzeugen eines Laserpulses mittels eines Pulslasers, (b) Aussenden des Laserpulses von der Erde in die Atmosphäre, und (A) generating a laser pulse by means of a pulse laser, (b) emission of the laser pulse from the earth in the atmosphere, and

(c) zeitliches und räumliches Fokussieren des Laserpulses derart, daß die Peak- Leistung des Laserpulses an einem Ort in der Atmosphäre die kritische Leistung für eine selbst-fokussierende Wirkung des Laserpulses in Luft übersteigt. (C) temporal and spatial focusing of the laser pulse so that the peak the critical power for self-focusing effect of the laser pulse exceeds power of the laser pulse at a location in the atmosphere in air.

Wenn ein hochintensiver ültrakurzer Laserpuls (im Femtosekunden- und Terawattbereich) in die Atmosphäre gesendet wird, treten nichtlineare optische Effekte auf. When a high intensity laser pulse ültrakurzer is transmitted (in the femtosecond and Terawattbereich) in the atmosphere occur nonlinear optical effects. Durch die auftretenden hohen Feldstärken wird der Brechungsindex auch von Luftmolekülen durch den Kerr-Effekt erhöht. Due to the occurring high field strengths, the refractive index of air molecules also is enhanced by the Kerr effect. Da das Intensitätsprofil des Laserstrahls über den Querschnitt des Laserstrahls hinweg etwa glockenförmig ist, ist diese Erhöhung des Brechungsindex und damit die Verringerung der Lichtgeschwindigkeit an den Rändern des Laserstrahls geringer als im mittleren Bereich des Laserstrahls. Since the intensity profile of the laser beam over the cross section of the laser beam across approximately bell-shaped, this increase in refractive index and thus the reduction of the speed of light at the edges of the laser beam is smaller than the laser beam in the central region. Die Luft wirkt in diesem Bereich extrem hoher Feldstärken wie eine Sammellinse. The air acts in this area extremely high field strengths as a converging lens. Dadurch wird der Laserstrahl fokussiert. Thereby, the laser beam is focused. Durch diese Fokussierung des ohnehin hochintensiven This focus of the already high intensity

Laserstrahls tritt eine extrem hohe Energiedichte auf, die zu einer Multi-Photon- bzw. Feld-Ionisation der Luft führt. Laser beam occurs to an extremely high energy density, which leads to a multi-photon or field ionization of the air. Die Ionisation führt ebenfalls zu einer Veränderung des Brechungsindex der Luft. The ionization also leads to a change in the refractive index of the air. Diese Veränderung des Brechungsindex hängt auch von der Lichtintensität ab, allerdings wird hier der Brechungsindex mit höherer Lichtintensität vermindert. This change in refractive index also depends on the light intensity, but the refractive index is decreased with higher light intensity here. Da das Profil der Lichtintensität des fokussierten Laserstrahls auch wieder über den Querschnitt des Laserstrahls hinweg etwa einer Glockenkurve entspricht, wirken die ionisierten Bereiche wie eine Zerstreuungslinse. Since the profile of the light intensity of the focused laser beam corresponds again over the cross section of the laser beam away as a bell curve, the ionized regions act as a divergent lens. Der Laserstrahl wird wieder defokussiert. The laser beam is defocused again. Damit ergibt sich wieder ein Zustand, in welchem der geschilderte Kerr- Effekt wirksam und der Laserstrahl erneut fokussiert wird. Thus, a state in which the described Kerr effect effectively and the laser beam again results again is focused. Es erfolgt also alternierend eine Fokussierung und Defokussierung des Laserstrahls wie durch alternierend angeordnete Sammel- und Zerstreuungslinsen, und zwar auf Grund der jeweiligen Zustände des Laserstrahls selbst. Es erfolgt eine "Selbstfokussierung" und "Selbstdefokussierung". There is thus alternately focusing and defocusing of the laser beam as by alternately arranged converging and diverging lens, on the basis of the respective states of the laser beam itself. There is a "self-focusing" and "Selbstdefokussierung". Das führt zu einem über lange Strecken hinweg nicht wesentlich auseinanderlaufenden, von dem gepulsten, hochintensiven Laserlichtbündel bestimmten Schlauch von zB 100 μm Durchmesser mit ionisierten Abschnitten. This leads to an over long distances is not substantially diverging, as determined by the pulsed, high-intensity laser light beam tube of, for example 100 microns in diameter with ionized sections. Man bezeichnet einen solchen durch das Laserlichtbündel hervorgerufenen Zustand als "Filament". Refers to such caused by the laser beam state as "filament". Theoretische Betrachtungen des Zusammenspiels dieser Effekte sind ua in der Veröffentlichung "Self-channeling of high-peak-power femtosecond laser pulses in air" von A. Braum et al. Theoretical considerations of the interaction of these effects include in the publication "Self-channeling of high-peak-power femtosecond laser pulses in air" by A. Braum et al. in Opt. Lett., Vol. 20, No. in Opt. Lett., Vol. 20, No. 1, S. 73-75 (1995), und in der Veröffentlichung "The critical laser intensity of self-guided light filaments in air" in Appl. 1, pp 73-75 (1995), and in the publication "The critical laser intensity of self-guided light filaments in air" in Appl. Phys. Phys. B, Vol. 71, S. 877-879 (2000) aufgeführt. B, Vol. 71, pp 877-879 (2000) listed.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß solche Filamente mit ihren ionisierten Abschnitten geeignet sind, als Kondensationskerne für Luft hoher Luftfeuchtigkeit die Bildung von Regentropfen auszulösen. The invention is based on the recognition that such filaments are suitable with their ionized portions trigger as condensation nuclei for the formation of high humidity air raindrops. Das ist ein Effekt ähnlich wie in einer Nebelkammer, wo wasserdampfgesättigte Luft durch die von Teilchen wie α-Strahlen erzeugten Ionen zur Bildung von Tröpfchen veranlaßt wird, die dann eine Bahn des This is an effect similar to a cloud chamber, where water vapor-saturated air is caused by the generated particles such as α-rays ions to form droplets, and then a web of

Teilchens sichtbar werden lassen. will make particle visible. Es hat sich gezeigt, daß ein solches "Filament" hinreichend gebündelt über relativ lange Strecken bis in die feuchten Luftmassen geführt werden kann. It has been found that such a "filament" sufficiently bundled over relatively long distances to the humid air masses can be guided.

Eine andere Anwendung der Erfindung ist die Erzeugung künstlicher Lichtquellen in großer Höhe, insbesondere zur Kalibrierung von astronomischen Teleskopen hinsichtlich atmosphärischer Störungen. Another application of the invention is the creation of artificial light sources at a great height, in particular for the calibration of astronomical telescopes with respect to atmospheric interference.

Die Strahlengänge astronomische Teleskope erfahren eine atmosphärische Aberration durch die irdische Atmosphäre. The beam paths astronomical telescopes out an atmospheric aberration by the terrestrial atmosphere. Die Atmosphäre wirkt wie ein optisches Glied vor dem The atmosphere acts as an optical member before

Teleskop, das Linsenfehler in die Abbildung bringt. Telescope, which brings lens aberrations in the picture. Diese Linsenfehler ändern sich mit dem Zustand der Atmosphäre und der Position des Objekts. This lens aberrations change with the state of the atmosphere and the position of the object. Es ist wünschenswert, diese atmosphärische Aberration von Fall zu Fall bestimmen und von dem Teleskop erhaltene Bilder von Himmelsobjekten entsprechend korrigieren zu können. It is desirable to determine these atmospheric aberration from case to case and be able to correct obtained from the telescope images of celestial objects accordingly.

Es besteht hier die Aufgabe, in großer Höhe, oberhalb der eigentlichen Atmosphäre eine künstliche Lichtquelle von bekannter Position zu erzeugen. The object is to generate an artificial light source of known position in height, above the actual atmosphere.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verfahrensschritte: This object is achieved by the method steps:

(a) Erzeugen eines durch Selbstfokussierung und -defokussierung eines hochintensiven, gepulsten Laserstrahls erzeugten, gegen den Himmel gerichteten Filaments, das eine weiße Kontinuumsstrahlung in Längsrichtung des Filaments erzeugt, wobei in großer Höhe durch Anregung von Meteoritenstaub ein künstliche Lichtquelle auftritt, (A) generating a filament produced by self-focusing and -defokussierung a high intensity pulsed laser beam directed against the sky, which produces a white continuum radiation in the longitudinal direction of the filament, wherein an artificial light source occurs at high altitude by excitation of meteorites dust,

(b) Messen der Pulslaufzeit des von der künstlichen Lichtquelle rückgestreuten Lichts in bezug auf die ausgesandten Laserpulse des gepulsten Laserstrahls und (B) measuring the pulse transit time of the backscattered from the artificial light source with respect to the emitted laser pulses of the pulsed laser beam and

(c) Bestimmen der realen Position der künstlichen Lichtquelle aus der Richtung des Filaments und der Pulslaufzeit der von der künstlichen Lichtquelle zurückgestreuten Strahlung (C) determining the real position of the artificial light source from the direction of the filament and the pulse duration of the backscattered radiation from the artificial light source

Bei solchen "Filamenten", wie sie vorstehend geschildert wurden, tritt ein weiteres Phänomen auf: Es entsteht weißes Licht, also eine Kontinuumsstrahlung, die sich über einen großen Wellenlängenbereich erstreckt. In such "filaments" as they were described above, there occurs another phenomenon: it creates white light, ie, a continuum radiation extending over a wide wavelength range. Dieses weiße Licht wird im wesentlichen in Vorwärts- und in Rückwärtsrichtung des Filaments abgestrahlt. This white light is emitted substantially in forward and backward direction of the filament. Dieses Phänomen ist bekannt (OPTICS LETTERS, 2001, Bd. 26, No 8, 533-535). This phenomenon is known (OPTICS LETTERS, 2001, Vol. 26, No 8, 533-535). Es ist auch schon bekannt, dieses Weißlicht als Lichtquelle für die spektrale Untersuchung der Atmosphäre zu verwenden. It has also been known to use this white light as a light source for spectral analysis of the atmosphere.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß dieses in Vorwärtsrichtung des Filaments emittierte Weißlicht oberhalb der Atmosphäre in 80 bis 120 km Höhe dort vorhandenen Meteoritenstaub zu Fluoreszenz anregen kann, und zwar in den verschiedenen Wellenlängen, in denen die verschiedenen im Meteoritenstaub enthaltenen Substanzen fluoreszieren. The invention is based on the recognition that this white light emitted in the forward direction of the filament above the atmosphere in 80 to 120 km altitude present there meteorite dust can stimulate fluorescence, in the different wavelengths, in which fluoresce the different substances contained in the meteorite dust. Es entsteht dann durch die Fluoreszenzstrahlung eine künstliche Lichtquelle in dieser Höhe mit einem breiten Spektrum von Wellenlängen. It is then produced by the fluorescent radiation an artificial light source at this level with a broad spectrum of wavelengths. Die genaue The exact

Position der künstlichen Lichtquelle dadurch ermittelt werden, daß die Pulslaufzeit des von der künstlichen Lichtquelle rückgestreuten Lichts in bezug auf die ausgesandten Laserpulse des gepulsten Laserstrahls gemessen und die reale Position der künstlichen Lichtquelle aus der Richtung des Filaments und der Pulslaufzeit der zurückgestreuten Strahlung bestimmt wird. Position of the artificial light source are determined in that the pulse duration of the backscattered from the artificial light source is measured with respect to the emitted laser pulses of the pulsed laser beam and the real position of the artificial light source from the direction of the filament and the pulse duration of the backscattered radiation is determined. Der Laserstrahl besteht aus einer Folge von hochintensiven The laser beam consists of a series of high-intensity

Laserpulsen im Terawattbereich von sehr kurzer Pulsdauer in der Größenordnung von Femtosekunden. Laser pulses in Terawattbereich of very short pulse duration on the order of femtoseconds. Dementsprechend besteht auch das erzeugte Weißlicht aus entsprechenden Lichtimpulsen, und auch die angeregte Strahlung der künstlichen Lichtquelle ist entsprechend gepulst. Accordingly, there is also the white light generated from the respective light pulses and the stimulated emission of the artificial light source is pulsed accordingly. Aus der Pulslaufdauer zwischen ausgesandtem Laserpuls und dem Lichtpuls des rückgestreuten Lichtes kann die genaue Position der künstlichen Lichtquelle längs des Filaments bestimmt werden. From the pulse propagation time between light emitted laser pulse and the pulse of light of the backscattered light, the exact position of the artificial light source can be determined along the filament.

Die künstliche Lichtquelle kann zu vielfältigen Vermessungszwecken ausgenutzt werden. The artificial light source can be utilized for various purposes measurement.

Eine Anwendung der Erfindung besteht in der zur Korrektur von durch die Atmosphäre bedingten Abbildungsfehlern eines astronomischen Teleskops. One application of the invention is related to the correction of imaging errors by the atmosphere of an astronomical telescope. Diese Anwendung ist gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: This application is characterized by the steps of:

(a) Beobachten der künstlichen Lichtquelle mittels des zu kalibrierenden Teleskops, (A) observing the artificial light source by means of the telescope to be calibrated,

(b) Bestimmen der von dem Teleskop gelieferten Bildes der künstlichen Lichtquelle und (B) determining the image supplied from the telescope of the artificial light source and

(c) Korrigieren der von dem Teleskop erzeugten Bilder hinsichtlich Abbildungsfehlern durch Vergleich der realen Position der künstlichen Lichtquelle und des von dem Teleskop gelieferten Bildes. (C) correcting the images produced by the telescope with respect to imaging errors by comparing the real position of the artificial light source and the image provided by the telescope.

Die künstliche Lichtquelle, die sich oberhalb der Atmosphäre befindet und bei deren Beobachtung ebenfalls atmosphärische Aberration auftritt, kann dann auf diese Weise zur Kalibrierung von astronomischen Teleskopen benutzt werden. The artificial light source which is located above the atmosphere and at its observation also atmospheric aberration occurs can then be used in this manner for calibration of astronomical telescopes. Da die Position der künstlichen Lichtquelle bekannt ist, können aus einem Versatz der scheinbaren Position der künstlichen Lichtquelle gegenüber ihrer realen Position die atmosphärische bedingten Since the position of the artificial light source is known, from an offset of the apparent position of the artificial light source in relation to its real position of the atmospheric-related

Abbildungsfehler bestimmt werden. Aberrations are determined. Dabei können auch chromatische Abbildungsfehler ermittelt werden, da die künstliche Lichtquelle ein breites Spektrum von Wellenlängen emittiert. This also chromatic aberrations can be determined because the artificial light source emits a broad spectrum of wavelengths. Damit kann auch die hinsichtlich der atmosphärisch bedingten Abbildungsfehler korrigierte Position eines in der Nähe dieser künstlichen Lichtquelle beobachteten Himmelsobjektes ermittelt werden. Thus the corrected for atmospheric induced aberrations position of an observed in the vicinity of this artificial light source sky object can be determined.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 3 bis 5 und 7. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are subject of the dependent claims 3 to 5 and 7. Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief Description of Drawings

Fig.l ist eine schematische Darstellung und veranschaulicht die Bildung des Fig.l is a schematic diagram illustrating the formation of the

Filaments durch einen gepulsten, hochintensiven Laserstrahl. Filament by a pulsed high intensity laser beam.

Fig.2 veranschaulicht die Bildung einer "Sammellinse" durch das Intensitätsprofil über dem Querschnitt des Laserstrahls und die durch den Kerr-Effekt hervorgerufene Änderung des Brechungsindex der Luft. 2 illustrates the formation of a "convex lens" by the intensity profile over the cross section of the laser beam and caused by the Kerr effect change in the refractive index of the air.

Fig.3 veranschaulicht die Bildung einer "Zerstreuungslinse" durch das Intensitätsprofil über dem Querschnitt des fokussierten Laserstrahls und die durch Ionisation hervorgerufene Änderung des Brechungsindex der Luft. 3 illustrates the formation of a "negative lens" by the intensity profile over the cross section of the focused laser beam and the ionization caused by change in the refractive index of the air.

Fig.4 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen von 4 is a schematic representation of an apparatus for generating

Kondensationskernen in feuchten Luftmassen, die zum Abregnen veranlaßt werden sollen. Condensation nuclei in moist air masses that will be caused to raining.

Fig.5 ist eine schematische Darstellung der Erzeugung sehr kurzer, hochintensiver 5 is a schematic representation of the generation of very short, high intensity

Laserpulse. Laser pulses.

Fig.6 zeigt schematisch einen Pulsdehner ("stretcher") zu Erzeugung einer spektralen Auffächerung des Laserpulses. 6 shows schematically a pulse stretcher ( "stretcher") to produce a spectral fanning of the laser pulse.

Fig.7 zeigt schematisch einen Pulsverdichter zu Erzeugung eines kurzen, hochintensiven Laserpulses. 7 shows schematically a pulse compressor to produce a short, high-intensity laser pulse. Fig.8 veranschaulicht die Bildung eines sehr kurzen Laserpulses im Figure 8 illustrates the formation of a very short laser pulse in

Femtosekunden- und Terawattbereich aus einem ausgesandten Laserpuls mit "negativem Chirp". Femtosecond and Terawattbereich of an emitted laser pulse with "negative chirp".

Fig.9 zeigt die Erzeugung einer künstlichen Lichtquelle in großer Höhe zur 9 shows the generation of an artificial light source at a great height to

Kalibrierung eines Teleskops. Calibration of a telescope.

Bevorzugte Ausfuhrungen der Erfindung Preferred VERSIONS OF THE INVENTION

In Fig.4 ist mit 10 eine Laseranordnung zur Erzeugung einer Folge von Laserpulsen 12 hoher Energie bezeichnet. In Figure 4 is indicated 12 10 high energy with a laser assembly for generating a sequence of laser pulses. Die Laserpulse weisen einen "negativen Chirp" auf, dh sie sind spektral aufgefächert ("Chirp"), wobei die in dem Fortpflanzungsmedium langsamer laufenden Wellenlängen die Vorderflanke des Laserpulses und die in dem Fortpflanzungsmedium schneller laufenden Wellenlängen die Rückflanke des Laserpulses bilden ("negativer Chirp"). The laser pulses have a "negative chirp", ie they are spectrally fanned out ( "chirp"), the slower running in the propagation medium wavelengths, the leading edge of the laser pulse, and the faster running in the propagation medium wavelengths form ( "negative chirp, the trailing edge of the laser pulse "). Durch ein einstellbares Teleskop 14 wird der gepulste Laserstrahl auf eine Luftmasse hoher Luftfeuchtigkeit in Form einer Wolke 18 gerichtet. By an adjustable telescope 14, the pulsed laser beam is directed to a mass of air of high humidity in form of a cloud 18th

Die Gruppengeschwindigkeit der spektral aufgefächerten Laserpulse in der Luft als Fortpflanzungsmedium weist eine Dispersion (GVD) auf. The group velocity of the spectrally fanned laser pulses in the air as a propagation medium comprises a dispersion (GVD). Kurze Wellenlängen laufen langsamer als längere Wellenlängen, da der Brechungsindex in Luft für kurze Wellenlängen größer ist als für lange. Short Wavelengths run slower than longer wavelengths, since the refractive index in the air is larger for short wavelengths than for a long time. Dadurch wird der spektral aufgefächerte und mit einem "negativen Chirp" versehene, ausgesandte Laserpuls beim Durchgang durch die Luft komprimiert. This provided the spectrally fanned out and a "negative chirp" emitted laser pulse when passing compressed by the air. Die längeren Wellenlängen an der Vorderflanke des Laseipulses werden von den kürzeren Wellenlängen, welche die Rückflanke des spektral aufgefächerten Laserpulses bilden, "eingeholt". The longer wavelengths at the leading edge of the Laseipulses be "obtained" from the shorter wavelengths that form the trailing edge of the spectrally fanned laser pulse. Der Laserpuls wird kürzer und intensiver. The laser pulse becomes shorter and more intense. Der Punkt 20, in welchem das geschieht, liegt im Abstand von dem Teleskop 14. The point 20 in which this happens, is located at a distance from the telescope fourteenth

Diese Kompression des Laserpulses nach einem bestimmten Weg durch das Fortpflanzungsmedium Luft ist in Fig.8 schematisch dargestellt: Mit 22 ist ein spektral aufgefächerter Laserpuls mit "negativem Chirp" bezeichnet. This compression of the laser pulse for a particular path through the propagating medium air is shown schematically in Figure 8: At 22, a spectrally fanned laser pulse is denoted by "negative chirp". Die schneller laufenden kürzeren Wellenlängen liegen im Bereich der Rückflanke 24 des aufgefächerten Laserpulses 22. Die langsamer laufenden längeren Wellenlängen liegen im Bereich der Vorderflanke 26. Durch Gruppengeschwindigkeits-Dispersion GVD wird der Laserpuls nach einem Weg 28 zu einem steilen Laserpuls 30 im Femtosekundenbereich mit hoher Leistung im Bereich von Terawatt komprimiert. The faster running shorter wavelengths are in the region of the rear edge 24 of the fanned laser pulse 22. The slower running longer wavelengths are in the range of the leading edge 26 by group velocity dispersion GVD of the laser pulse is for a path 28 to a steep laser pulse 30 in the femtosecond range with high performance compressed in the range of terawatts.

Fig.5 bis 7 zeigen schematisch die Erzeugung des ausgesandten Laserpulses und die Erzeugung des "negativen Chirp". Figure 5 to 7 show schematically the generation of the emitted laser pulse and the generation of the "negative chirp".

Ein Laser 32 erzeugt eine Folge von kurzen Laserpulsen 34 von zB 80 fs geringer Energie von zB 6 nJ mit einer Frequenz von zB 8 10 7 Hz. In einem Pulsdehner 36 werden diese Laserpulse in spektral aufgefächerten, relativ lange Laserpulse 38 von zB 200 ps Dauer und geringer Intensität von 2 bis 3 nJ, ebenfalls mit einer Frequenz von 8 10 7 Hz umgesetzt. A laser 32 generates a sequence of laser pulses 34 of for example, 80 fs low energy of, for example 6 nJ with a frequency of for example 8 10 7 Hz. In a pulse stretcher 36, these laser pulses are in spectrally fanned, relatively long laser pulses 38 ps of, for example 200 time and low intensity 2-3 nJ, also reacted with a frequency of 8 10 7 Hz. Ein regenerativer Verstärker 40 wählt daraus einzelne Pulse aus und verstärkt diese zu Impulsen 42 von 200 ps Dauer und mittlerer Energie von zB 5 mJ bei einer Frequenz von zB 10 Hz. Diese Laserpulse 42 werden durch einen Verstärker 44 mit mehrerern Durchgängen zu Laserpulsen hohe Energie von zB 400 mJ verstärkt, wobei Pulsdauer und Frequenz unverändert bleiben. A regenerative amplifier 40 selects from individual pulses and amplifies this ps to pulses 42 of 200 length and average energy of for example 5 mJ at a frequency of eg 10 Hz. This laser pulses 42 are amplified by an amplifier 44 having s several passages to laser pulses high energy of for example, 400 mJ amplified, with pulse duration and frequency remain unchanged. Die so erhaltenen, spektral aufgefächerten Laserpulse 46 werden dann durch einen Kompressor 48 zu sehr kurzen und sehr intensiven Laserpulsen 22 komprimiert, die von der Laseranordnung 10 (Fig.4) ausgesandt wird. The laser pulses 46 thus obtained, spectrally fanned are then compressed by a compressor 48 in very short and very intense laser pulses 22 from the laser assembly 10 (Fig.4) is emitted. Der Kompressor 48 ist dabei aber so ausgelegt, daß der ausgesandte The compressor 48 is, however, in this case designed so that the emitted

Laserpuls 22 noch einen "negativen Chirp" aufweist, dh spektral noch derartig aufgefächert bleibt, daß die kurzen Wellenlängen im Bereich der Rückflanke des Laserpulses 22 und die längeren Wellenlängen im Bereich der Vorderflanke des Laserpulses auftreten. Laser pulse 22 still has a "negative chirp" that is spectrally still remains fanned such that the short wavelengths in the region of the rear edge of the laser pulse 22 and the longer wavelengths in the region of the leading edge of the laser pulse to occur.

Fig.6 zeigt schematisch den Aufbau eines Pulsdehners 36. 6 shows schematically the structure of a pulse stretcher 36th

Der Laseφuls 34 als Strahl fällt in hoher Ordnung auf ein Gitter 52. An dem Gitter 52 erfolgt eine wellenlängenabhängige Diffraktion des Laserlichts. The Laseφuls 34 falls into the high-order to a grating as a beam 52 takes place at the grid 52, a wavelength dependent diffraction of the laser light. Das gebeugte Licht wird, wie schematisch dargestellt, durch Linsen 54, 56 auf einem zweiten Gitter 58 gesammelt. The diffracted light, as shown schematically, collected by lenses 54, 56 on a second grid 58th

Durch das zweite Gitter 58 wird das Licht der verschiedenen Wellenlängen wieder zu einem räumlichen Strahl 60 überlagert. Through the second grid 58, the light of different wavelengths is superimposed back to a spatial beam 60th Da die verschiedenen Wellenlängen aber zwischen den Gittern unterschiedliche geometrische Weglängen durchlaufen haben, ist der Laseφuls 38 im Strahl 60 verbreitert und spektral aufgefächert. Since the different wavelengths but have passed through different geometric path lengths between the gratings, the Laseφuls 38 is widened in the beam 60 and spectrally fanned. Der Strahl 60 wird dann durch einen Spiegel 62 umgelenkt. The beam 60 is then deflected by a mirror 62nd Der Laseφuls 38 im Strahl 60 erfährt dann die Verarbeitung durch die Verstärker 40 und 44 von Fig.5 und fällt dann als Laseφuls 46 auf den Kompressor 48. The Laseφuls 38 in the beam 60 then experiences the processing by the amplifiers 40 and 44 of Figure 5 and then falls as Laseφuls 46 to the compressor 48th

Der Kompressor 48 ist iri Fig.7 schematisch dargestellt. The compressor 48 is iri Fig.7 schematically illustrated.

Der Kompressor 48 enthält ebenfalls zwei Gitter 64 und 66 und einen Spiegel 68. Der Laseφuls 42 fällt als Strahl 70 auf das Gitter 64 und wird dort wellenlängenabhängig gebeugt. The compressor 48 also includes two gratings 64 and 66 and a mirror 68. The Laseφuls 42 falls as a beam 70 on the grating 64 and is diffracted there wavelength dependent. Der an dem Gitter 64 räumlich spektral aufgefächerte Strahl 70 fällt auf das zweite, zu dem ersten parallele Gitter 66. Durch das zweite Gitter werden die verschiedenen Wellenlängen so gebeugt, daß ein Bündel zueinander und zu dem Strahl 70 paralleler Strahlen entsteht, von denen jeder einer bestimmten Wellenlänge zugeordnet ist. The spatially spectrally fanned out to the grid 64 beam 70 incident on the second, parallel to the first grid 66. By the second grating the different wavelengths are so bent that a bundle to each other and parallel to the beam 70 beam is formed, each of which is associated with specific wavelength. Die Strahlen dieses Bündels werden durch den Spiegel 68 in sich zurückgeworfen und durch die beiden Gitter 64 und 66 wieder räumlich zu einem rücklaufenden Strahl vereinigt. The rays of this beam are reflected by the mirror 68 in and recombined spatially by the two gratings 64 and 66 to a return beam. Bei dieser Anordnung ist die von den -schnellenkurzwelligen Strahlen durchlaufene geometrische Weglänge länger als die von den langsameren langwelligen Strahlen. In this arrangement, the distance traveled by the rays -schnellenkurzwelligen geometric path length is longer than the long wavelength of the slower jets. Dadurch erfolgt eine Kompression zu dem intensiven aber kurzzeitigen Laseφuls 22. Der Kompressor 48 kann aber so ausgelegt und ggf. eingestellt werden, daß in dem Puls 22 ein "negativer Chiφ" verbleibt, so daß eine laufstreckenabhängige weitere Kompression durch die unterschiedlichen Brechungsindizes erfolgen kann, wie im Zusammenhang mit Fig.8 erläutert wurde. This results in a compression to the intense but brief Laseφuls 22. The compressor 48 may however be designed and adjusted, if necessary, that in the pulse 22, a "negative Chiφ" remains, so that there can be a running distance-dependent additional compression by the different refractive indices, as discussed in conjunction with Figure 8.

Bei einer hohen Energiedichte und Feldstärke des Laseφulses im Bereich von In a high energy density and field strength in the range of the Laseφulses

Femtosekunden Pulsdauer und Terawatt Leistung, wie sie im Punkt 20 (Fig.4) erreicht werden, treten nichtlineare optische Effekte auf. Femtosecond pulse duration and Terawatts power as at point 20 (Fig.4) be achieved occur nonlinear optical effects. Durch den Kerr-Effekt in der Luft erfolgt eine Selbstfokussierung. By the Kerr effect in the air, a self-focusing. Die Luft wirkt in einem Bereich wie eine Sammellinse. The air acts in an area such as a converging lens. Durch die Selbstfokussierung tritt eine sehr hohe Energiedichte auf, die zu einer Ionisation der Luft führt. Through the self-focusing a very high energy density occurs, which leads to ionization of the air. Die Ionisation führt zu Bereichen, die wie eine Zerstreuungslinse wirken. The ionization results in regions that act as a diverging lens. Der so wieder auseinanderlaufende Laserstrahl mit geringerer Energiedichte erzeugt wieder durch den Kerr-Effekt einen als Sammellinse wirkenden Bereich usw. Es erfolgt somit abwechselnd eine Selbstfokussierung und -defokussierung des Laserstrahls The so re-diverging laser beam having a lower energy density produced again by the Kerr effect acting as a converging lens area, etc. There is thus alternately a self-focusing of the laser beam and -defokussierung

Das ist in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellt. This is illustrated schematically in FIGS. 1 to 3

In Fig.l sind mit 70, 72 und 74 usw. "Sammellinsen" bezeichnet, wie sie von dem Fortpflanzungsmedium Luft durch den Kerr-Effekt bei hoher Feldstärke des Laseφulses 30 gebildet werden. In Fig.l are 70, 72 and 74, etc. "collecting lenses" hereinafter, as they are formed by the propagation medium is air by the Kerr effect at a high field strength of the Laseφulses 30th Zwischen diesen Sammellinsen sind durch die Ionisation der Luft "Zerstreuungslinsen" 76, 78 usw. gebildet. Between these collecting lenses are characterized by the ionization of the air "diverging lenses" 76, 78, etc. formed. Der Laserstrahl 14 erfährt durch die von dem Kerr-Effekt hervorgerufenen "Sammellinsen" 70, 72, 74 usw. jeweils eine Fokussierung. The laser beam 14 undergoes by the induced by the Kerr effect "collecting lenses" 70, 72, 74 etc. each have a focusing.

Die durch die Fokussierung erhaltene extrem hohe Leistungsdichte bewirkt jeweils eine Ionisation der Luft, die sich wie "Zerstreuungslinsen" 76, 78 usw. auswirkt und eine Defokussierung bewirkt. The obtained by the focusing extremely high power density causes a respective ionization of the air, which affects such as "divergent lenses" 76, 78, etc., and causes a defocusing. Der Laserstrahl wird so durch Selbstfokussierung und - defokussierung weitgehend ohne Auseinanderlaufen geführt. The laser beam is by self-focusing and - defocusing out largely without divergence. Ein so geführter Laserstrahl mit hochintensiven und ultrakurzen Laseφulsen wird als "Filament" bezeichnet. A so-guided laser beam having high intensity and ultrashort Laseφulsen is referred to as "filament".

Fig.2 veranschaulicht die Bildung der Kerr-"Sammellinsen". 2 illustrates the formation of the Kerr "collecting lenses". Die Intensität und damit Feldstärke des Laserstrahls ist nicht über den gesamten Querschnitt des Laserstrahls konstant. The intensity and field strength of the laser beam is not constant over the entire cross section of the laser beam. Sie folgt vielmehr einem glockenförmigen Profil, wie es durch Kurve 80 links in Fig.2 dargestellt ist. Rather, it follows a bell-shaped profile, as shown by curve 80 to the left in Fig.2. Diese Feldstärke bewirkt durch den Kerr-Effekt eine näherungsweise dazu proportionale Änderung des Brechungsindex des Fortpflanzungsmediums, so daß der Brechungsindex sich über den Querschnitt des Laserstrahls hinweg ebenfalls nach einem glockenförmigen Profil positiv ändert. This field strength caused by the Kerr effect, an approximately proportional to change in the refractive index of the propagating medium, so that the refractive index of a positive change over the cross section of the laser beam away also by a bell-shaped profile. Die positive Änderung Δnκ e _τ ist in der Mitte von Fig.2 durch Kurve 82 dargestellt. The positive change Δnκ e _τ is shown in the middle of Figure 2 by curve 82nd Am Rand des Laserstrahls ist daher der Brechungsindex geringer als im mittleren Bereich. Therefore, the refractive index is less than in the central region at the edge of the laser beam. Die The

Randstrahlen laufen schneller als die Mittelstrahlen. Edge beams run faster than the central beams. Das ist die Wirkung einer Sammellinse 70, wie sie rechts in Fig.2 dargestellt ist. That is the effect of a convex lens 70, as shown on the right in Figure 2.

Auch in dem fokussierten Laserstrahl ändert sich die Intensität oder Leistungsdichte über den Querschnitt des Laserstrahls hinweg nach einem glockenförmigen Profil, das in Fig.3 durch eine Kurve 84 dargestellt ist. In the focused laser beam, the intensity or power density varies over the cross section of the laser beam away to a bell-shaped profile, which is shown in Figure 3 by a curve 84th Die durch den Laserstrahl hervorgerufene Ionisation folgt auch im wesentlichen diesem glockenförmigen Profil und dementsprechend auch die durch die Ionisation hervorgerufene Änderung Δnι on is. Caused by the laser beam ionization also follows this substantially bell-shaped profile and, accordingly, caused by the ionization change Δnι is on. des Brechungsindex., die durch Kurve 86 dargestellt ist. the refractive index., which is represented by curve 86. Diese Änderung ist jedoch negativ. However, this change is negative. Der Brechungsindex wird am Rand des fokussierten Laserstrahls größer -oder weniger vermindert- als in der Mitte. The refractive index is at the edge of the focused laser beam greater -or- less vermindert- than in the middle. Die Randstrahlen laufen langsamer als die Mittelstrahlen. The edge beams run slower than the central beams. Das entspricht einer Zerstreuungslinse 76 und bewirkt eine Defokussierung. This corresponds to a diverging lens 76 and causes defocusing.

In Fig.4 ist das so erzeugte Filament gestrichelt dargestellt und mit 88 bezeichnet. In Figure 4, the filament thus produced is shown in dashed lines and designated by the 88th Durch geeignete Wahl des "negativen Chiφ" kann erreicht werden, daß erst in einem im Abstand von der Laseranordnung 10 und dem Teleskop 14 liegenden Punkt der Laseφuls 30 so komprimiert ist, daß eine für die Ausbildung des Filaments ausreichende Feldstärke erreicht wird. can be achieved by suitable choice of the "negative Chiφ" that is compressed only in a region lying at a distance from the laser assembly 10 and the telescope 14 point of Laseφuls 30 so that sufficient for the formation of the filament field strength is achieved. Das Filament 88 geht also vom Punkt 20 aus. Thus the filament 88 extends from the point 20th Das Filament wird auf die Wolke 18 geleitet. The filament is conducted to the cloud 18th

Das Filament bildet einen elektrisch leitenden Kanal mit Ionen. The filament forming an electrically conductive channel with ions. Diese Ionen bilden Kondensationskerne, um die herum sich Regentropfen bilden. These ions form condensation nuclei around which raindrops form around. Durch die by

Selbstfokussierung und -defokussierung des Laserstrahls kann das Filament sich ohne wesentliches Auseinanderlaufen über große Entfernungen, zB bis hinauf in eine Wolke erstrecken und dort zur Bildung von Kondensationskernen wirksam werden. And self-focusing of the laser beam can -defokussierung the filament extend without substantial divergence over large distances, eg up into a cloud, and there to the formation of condensation nuclei to take effect.

Diese Kondensationskerne können zunächst zum Nachweis eine Übersättigung der This condensation nuclei can first to detect an over-saturation of the

Atmosphäre mit Wasserdampf diene. Atmosphere with water vapor serve. Der Nachweis von Kondensationskernen kann mit bekannten Methoden, zB durch LIDAR-Technik ("McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology" Bd.10, Seite 40) oder Mie-Streuung erfolgen. The detection of condensation nuclei can with known methods, eg by LIDAR technology ( "McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology" Bd.10, page 40) or Mie scattering done. Mie Streuung ist bekanntlich eine Streuung an Aerosolen oder Partikeln, deren Abmessungen in der Größenordnung der Wellenlänge des Lichts liegen (Bergmann-Schäfer "Lehrbuch der Mie scattering is known to be a scattering of aerosols or particles whose dimensions are in the order of the wavelength of light (Bergmann-Schäfer, "Textbook of

Experimentalphysik" Bd. 3. "Optik" 9. Auflage, Seite 421). Wenn Kondensationskerne erkannt werden, liegt eine Übersättigung vor, wobei eine Abstufung (keine, mittlere, hohe Übersättigung) festgestellt werden kann. Experimental Physics "Vol. 3." If condensation nuclei are detected Optics "9th Edition, page 421)., There is a supersaturation, wherein a gradation (none, medium, high supersaturation) may be determined.

Durch Kenntnis des Grades der Übersättigung ergeben sich mehrere unterschiedliche By knowing the degree of supersaturation several produce different

Anwendungen: Der Grad der Übersättigung kann für rein meteorologische Anwendungen aufgezeichnet werden. Applications: The degree of supersaturation can be recorded for purely meteorological applications. Es können aber verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um ein verfrühtes Abregnen von Wolken zu erreichen. but it can be taken in order to achieve an early raining clouds various measures. Das kann geschehen, um Hagelbildung zu vermeiden. This can be done to prevent hail formation. Es kann aber auch geschehen, um in einem gewünschten Gebiet Regen zu erzeugen. but it can also happen to produce rain in a desired area. Die Maßnahmen können in dem oben erwähnten Einsatz von Silberjodid bestehen. The measures may include the above-mentioned use of silver iodide. Der Regen kann aber auch durch das Filament selbst herevorgerufen werden, indem die durch das Filament erzeugten Kondensationskerne ein but the rain can be here presented also by the filament itself by the condensation nuclei produced by the filament is a

Abregnen bewirken. bring rain down.

In Fig.9 bezeichnet 90 eine Laseranordnung zur Erzeugung von Laseφulsen 22, mit einer Frequenz von etwa 10Hz, deren Dauer in der Größenordnung von Femtosekunden und deren Leitung in der Größenordnung von Terawatt liegt. In Figure 9 90 designates a laser device for generating Laseφulsen 22, with a frequency of about 10 Hz, the duration of the order of femtoseconds and whose direction is in the order of Terawatts. Diese Laseφulse 92 werden durch ein Teleskop 94 in einem Strahl 96 nach oben in die Atmosphäre gerichtet. This Laseφulse 92 are directed through a telescope 94 in a beam 96 upwardly into the atmosphere. Dabei bildet sich wegen der hohen Leistungsdichte der Laseφulse durch Selbstfokussierung infolge des Kerr-Effekts in Luft und Selbstdefokussierung durch Ionisation der Luft ein "Filament" 98 aus. Here, the Laseφulse a "filament" 98 is formed due to the high power density due to self-focusing due to the Kerr effect in air and Selbstdefokussierung by ionization of the air. Der Laserstrahl wird durch die in der Luft gebildeten, alternierenden "Sammel- und Zerstreuungslinsen" weitgehend ohne Auseinanderlaufen in einem sehr engen Querschnitt von zB 0,1 mm Querschnitt geführt und kann sich bis hoch über die Atmosphäre in einen Bereich zwischen 80 und 120 km Höhe erstrecken. The laser beam is guided largely by the formed in the air, alternating "converging and diverging lenses" without divergence in a very narrow cross-section of, for example 0.1 mm cross-section and may be to high km above the atmosphere in a range between 80 and 120 Height extend. Das Filament erzeugt Weißlicht, also ein Kontinuum, das sich über einen sehr weiten Wellenlängenbereich erstreckt. The filament produces white light, that is a continuum which extends over a very wide wavelength range. Dieses Weißlicht strahlt im wesentlichen nur in Richtung des Laserstrahls bzw. Filaments nach vorn und in Gegenrichtung längs des Laserstrahls bzw. Filaments zurück. This white light is irradiated substantially only in the direction of the laser beam and the filament back to the front and in the opposite direction along the laser beam or filament. Das Weißlicht ist in der Figur durch Pfeile 100 und 102 angedeutet, wobei die Pfeile 100 das nach vorn abgestrahlte Weißlicht bezeichnen. The white light is indicated in the figure by arrows 100 and 102, the arrows 100 denote the emitted white light to the front.

In dem Bereich 104 oberhalb der eigentlichen Atmosphäre 106 befindet sich sog. "Meteroitenstaub". In the region 104 above the actual atmosphere 106 is called. "Meteroitenstaub". Das sind schwebende Partikel aus verschiedenen Elementen, welche ihren Ursprung in Meteoriten haben, welche beim Auftreffen auf die Atmosphäre verdampft und zerstäubt wurden. These are suspended particles of different elements, which have their origin in meteorites, which were vaporized on impact with the atmosphere and atomized. Durch das Weißlicht wird dieser Meteoritenstaub zu Fluoreszenz angeregt. By the white light of this meteorite dust is excited to fluorescence. Der durch das Weißlicht angeregte Meteoritenstaub bildet eine künstliche Lichtquelle, die in der Figur mit 108 bezeichnet ist. The excited by the white light meteorite dust forms an artificial light source, indicated in the figure by the 108th

Der Laserstrahl bzw. das Filament ist in der oben beschriebenen Weise gepulst. The laser beam and the filament is pulsed in the manner described above. Dementsprechend liefert das Filament auch gepulstes Weißlicht, was wiederum bewirkt, daß auch die künstliche Lichtquelle 108 entsprechend gepulst ist. Accordingly, the filament also provides pulsed white light, which in turn causes the artificial light source 108 is pulsed accordingly. Durch einen Sensor 110 werden die rückgestreuten Lichtpulse der gepulsten Lichtquelle 108 erfaßt. By a sensor 110, the backscattered light pulses of the pulsed light source 108 are detected. Diese Lichtpulse werden zeitlich mit den ausgesandten Laseφulsen verglichen. These light pulses are temporally compared to the emitted Laseφulsen. Daraus wird die Laufzeit der ausgesandten und rückgestreuten Lichtpulse bestimmt. Hence the term of the transmitted and backscattered light pulses is determined. Das ist in der Figur durch Block 112 dargestellt. This is illustrated in the figure by block 112th Die Laufzeit liefert den längs des Laserstrahls 96 bzw. The runtime returns along the laser beam 96 and

Filaments gemessenen Abstand der künstlichen Lichtquelle 108 und damit deren genaue Position. Filaments measured distance of the artificial light source 108 and thus its exact position. Das ist durch Block 114 dargestellt. This is illustrated by block 114th

In der Figur ist ein Teleskop 1 16 auf die künstliche Lichtquelle 108 ausgerichtet. In the figure, a telescope is aligned with the artificial light source 108 1 sixteenth Aus einem Vergleich der von dem Teleskop beobachteten Position der künstlichen From a comparison of the observed from the telescope position of the artificial

Lichtquelle mit deren realer Position lassen sich Abbildungsfehler, zB Verzeichnung, des Teleskops 1 16 bestimmen, die durch die Atmosphäre 106 hervorgerufen sind. Light source with the real position can be determined 16, which are caused by the atmosphere 106 aberrations, including distortion of the telescope. 1 Solche Abbildungsfehler können dann bei der Beobachtung eines etwa in der gleichen Richtung liegenden Himmelsobjekts 1 18 berücksichtigt werden. Such aberrations can then be taken into account 1 18 in the observation of a lying approximately in the same direction celestial object.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Beeinflussung von Materie in großer Höhe vom Erdboden aus, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung mittels eines durch Selbstfokussierung und -defokussierung eines hochintensiven Laserstrahl erzeugten, gegen den Himmel gerichteten Filaments erfolgt. 1. A method of influencing of matter at a great height from the ground, characterized in that the influencing takes place by means of a signal generated by self-focusing high intensity laser beam and -defokussierung directed against the sky filament.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Erzeugung von Kondensationskernen in der Atmosphäre mit den Verfahrensschritten: 2. The method according to claim 1 for the production of condensation cores in the atmosphere comprising the steps of:
(a) Erzeugen eines Laseφulses mit eines Pulslasers, (A) generating a Laseφulses with a pulse laser,
(b) Aussenden des Laseφulses von der Erde in die Atmosphäre, und (B) transmitting the Laseφulses from the earth in the atmosphere, and
(c) zeitliches und räumliches Fokussieren des Laseφulses derart, daß die Peak- Leistung des Laseφulses an einem Ort in der Atmosphäre die kritische (C) temporal and spatial focusing the Laseφulses such that the peak power of the Laseφulses at a location in the atmosphere, the critical
Leistung für eine selbst-fokussierende Wirkung des Laseφulses in Luft übersteigt, so daß durch den Laseφuls ein Filament gebildet wird. Power for self-focusing effect of the Laseφulses in air exceeds, so that a filament is formed by the Laseφuls.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Pulslaser eine Folge von Laseφulsen erzeugt wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that a sequence is generated by Laseφulsen by the pulse laser.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsbreite des Laseφuls kleiner als 10 "14 s ist. 4. The method of claim 2 or 3, characterized in that the pulse width of Laseφuls less than 10 "14 s.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die 5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized, in that the
Ausgangsleistung des Pulslasers größer als 10 11 Watt ist. Is output power of the pulse laser is greater than 10 11 Watts.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationskerne in der Atmosphäre als Anzeichen für eine Übersättigung nachgewiesen werden. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the condensation nuclei are detected as an indication of over-saturation in the atmosphere.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachweis der 7. A method according to claim 6, characterized, in that the detection of
Kondensationskerne durch LIDAR-Technik erfolgt. is carried out by condensation nuclei lidar technology.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachweis der Übersättigung anhand von Mie-Streuung erfolgt. 8. The method according to claim 6, characterized in that the detection of the over-saturation is carried out based on Mie scattering.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei 9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that in
Vorliegen einer Übersättigung Maßnahmen zum verfrühten Abregnen getroffen werden. Existence of supersaturation measures to premature raining be taken.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das verfrühte 10. A method according to claim 9, characterized in that the premature
Abregnen durch Aussteuen von Silberjodid erfolgt. done by raining Aussteuen of silver iodide.
1 1. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Maßnahme zum verfrühten Abregnen die Wolke mit dem Filament beaufschlagt wird. 1 1. A method according to claim 9, characterized in that the cloud with the filament is acted upon as a measure for premature raining.
12. Verfahren nach Anspruch 1 zur Erzeugung einer künstlichen Lichtquelle in großer Höhe, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: 12. The method according to claim 1 for generating an artificial light source at a great height, characterized by the steps of:
(a) Erzeugen eines durch Selbstfokussierung und -defokussierung eines hochintensiven, gepulsten Laserstrahls (96) erzeugten, gegen den Himmel gerichteten Filaments (98), das eine weiße Kontinuumsstrahlung (100) in (A) by generating a self-focusing and -defokussierung high intensity, pulsed laser beam (96) generated, directed towards the sky filament (98) having a white continuum radiation (100)
Längsrichtung des Filaments (98) erzeugt, wobei in großer Höhe durch produces the longitudinal direction of the filament (98), by at height
Anregung von Meteoritenstaub ein künstliche Lichtquelle (108) auftritt, Excitation of meteorites dust an artificial light source (108) occurs,
(b) Messen der Pulslaufzeit des von der künstlichen Lichtquelle (108) rückgestreuten Lichts in bezug auf die ausgesandten Laseφulse (92) des gepulsten Laserstrahls (96) und (c) Bestimmen der realen Position der künstlichen Lichtquelle (108) aus der Richtung des Filaments (98) und der Pulslaufzeit der von der künstlichen Lichtquelle (108) zurückgestreuten Strahlung. (B) measuring the pulse duration of the artificial light source (108) back-scattered light with respect to the emitted Laseφulse (92) of the pulsed laser beam (96) and (c) determining the real position of the artificial light source (108) from the direction of the filament (98) and the pulse duration of the artificial light source (108) back-scattered radiation.
13. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Korrektur von durch die Atmosphäre bedingten Abbildungsfehlern eines astronomischen ' Teleskops, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: 13. Use of the method according to claim 1 for correcting errors caused by the atmosphere illustration of an astronomical 'telescope, characterized by the steps of:
(a) Beobachten der künstlichen Lichtquelle mittels des zu kalibrierenden to be calibrated (a) observing the artificial light source by means of the
Teleskops, telescope,
(b) Bestimmen der von dem Teleskop gelieferten Bildes der künstlichen Lichtquelle und (B) determining the image supplied from the telescope of the artificial light source and
(c) Korrigieren der von dem Teleskop erzeugten Bilder hinsichtlich Abbildungsfehlern durch Vergleich der realen Position der künstlichen Lichtquelle und des von dem Teleskop gelieferten Bildes. (C) correcting the images produced by the telescope with respect to imaging errors by comparing the real position of the artificial light source and the image provided by the telescope.
PCT/EP2002/011362 2001-10-12 2002-10-10 Method for treating material at a high altitude WO2003032710A3 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001150211 DE10150211C1 (en) 2001-10-12 2001-10-12 Method for treating material at a great height from ground, directs filament towards sky after generation by automatic focusing and defocusing of a high-intensive laser beam
DE10150211.7 2001-10-12
DE2001150336 DE10150336B4 (en) 2001-10-15 2001-10-15 A method for generating an artificial light source at a great height, in particular for the calibration of astronomical telescopes
DE10150336.9 2001-10-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2003032710A2 true true WO2003032710A2 (en) 2003-04-24
WO2003032710A3 true WO2003032710A3 (en) 2003-12-04

Family

ID=26010352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2002/011362 WO2003032710A3 (en) 2001-10-12 2002-10-10 Method for treating material at a high altitude

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2003032710A3 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008062441A2 (en) * 2006-09-10 2008-05-29 Shivshankar Kanhuji Chopkar Artificial rainmaking systems

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3677840A (en) * 1969-09-18 1972-07-18 Thiokol Chemical Corp Pyrotechnics comprising oxide of silver for weather modification use
US4050819A (en) * 1976-07-02 1977-09-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Undersea ranging-communications from altitude via laser
US5224663A (en) * 1991-07-01 1993-07-06 Criswell David R Vehicle propulsion system with external propellant supply

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3677840A (en) * 1969-09-18 1972-07-18 Thiokol Chemical Corp Pyrotechnics comprising oxide of silver for weather modification use
US4050819A (en) * 1976-07-02 1977-09-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Undersea ranging-communications from altitude via laser
US5224663A (en) * 1991-07-01 1993-07-06 Criswell David R Vehicle propulsion system with external propellant supply

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"MCGRAW-HILL ENCYCLOPEDIA OF SCIENCE AND TECHNOLOGY, BAND 10, SEITEN 40-41" 1992, MCGRAW-HILL , NEWYORK ST LOUIS .... , XP001151883 in der Anmeldung erw{hnt Seite 40, Spalte 1, Absatz 4 "Atmospheric lidars" *
BERGMANN-SCH[FER: "Lehrbuch der Experimental physik seite 421" , XP002245167 in der Anmeldung erw{hnt das ganze Dokument *
BRAUN A ET AL: "SELF-CHANNELING OF HIGH-PEAK-POWER FEMTOSECOND LASER PULSES IN AIR" OPTICS LETTERS, OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, WASHINGTON, US, Bd. 20, Nr. 1, 1995, Seiten 73-75, XP000481047 ISSN: 0146-9592 in der Anmeldung erw{hnt *
KASPARIAN ET AL: "The critical laser intensity of self-guided light filaments in air" APPLIED PHYSICS B LASERS AND OPTICS, Bd. 71, 2000, Seiten 877-879, XP001157583 in der Anmeldung erw{hnt *
YU J ET AL: "BACKWARD SUPERCONTINUUM EMISSION FROM A FILAMENT GENERATED BY ULTRASHORT LASER PULSES IN AIR" OPTICS LETTERS, OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, WASHINGTON, US, Bd. 26, Nr. 8, 15. April 2001 (2001-04-15), Seiten 533-535, XP001077215 ISSN: 0146-9592 in der Anmeldung erw{hnt *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008062441A2 (en) * 2006-09-10 2008-05-29 Shivshankar Kanhuji Chopkar Artificial rainmaking systems
WO2008062441A3 (en) * 2006-09-10 2008-08-21 Shivshankar Kanhuji Chopkar Artificial rainmaking systems

Also Published As

Publication number Publication date Type
WO2003032710A3 (en) 2003-12-04 application

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005034443A1 (en) Sample e.g. cell particle, luminescence microscopy method, involves prevailing one of sample regions for image of sample, so that image has local resolution which is enhanced in relation to excitation radiation distribution
EP0743128A1 (en) Process and device for marking products of transparent (solid) material with a laser
DE4438368A1 (en) An arrangement for guiding and shaping the beams from a rectilinear laser diode array
DE19841040A1 (en) Marking appliance for e.g. metal surface
DE19511393A1 (en) Apparatus for substrate treatment, particularly for perforating paper
DE19500513C1 (en) Optical arrangement for chip formed multiple semiconductor laser array
DE102008018476A1 (en) microscopy apparatus
WO2005085934A1 (en) Device for producing a linear focussing area for a laser light source
Johnson et al. The measurement and analysis of photon counting distributionst
DE19743322A1 (en) System for shaping form of laser output for industry, medicine, printing
DE19725262A1 (en) Optical beam transformation apparatus
DE10056382A1 (en) Source of light for illumination in a scan microscope has an electromagnetic source of power emitting light for a wavelength while upstream to a device for apportioning light into two dividing beams of light.
EP0084086A2 (en) Laser microsensor
DE3829728A1 (en) Method and device for homogenizing the cross-sectional intensity distribution of a laser beam
DE19520187C1 (en) Optical system for excimer laser
DE19520167A1 (en) Opto-electric distance measurement using transit-time method
DE102004007405A1 (en) Long range (e.g. 20 km) mobile laser equipment for detecting gases, and biological and chemical aerosols uses a femtosecond, terra watt laser radiation source and an IR, UV and/or visible light spectrometer
DE10146639A1 (en) Light grid with beam splitter
DE3915692A1 (en) Fluorescence process measuring method - using switched laser, fluorescent light detection system with variable gain
WO1980002393A1 (en) Device for optically choping a laser beam
DE3703679A1 (en) A scanning optical system for use in a laser beam printer
EP0063205A1 (en) Laser system
WO2005116610A1 (en) Device and method for determining particle sizes and particle speeds
DE10313138A1 (en) Object illumination device for confocal fluorescence microscopy, has switchable beam splitter for passing emitted light to detector
WO2010026197A2 (en) Wavelength-tunable light source

Legal Events

Date Code Title Description
AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DK EE ES FI FR GB GR IE IT LU MC PT SE SK TR BF BJ CF CG CI GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MN MW MX MZ NO NZ OM PH PL PT RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TN TR TZ UA UG US UZ VN YU ZA ZM

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642

122 Ep: pct application non-entry in european phase
WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase in:

Ref country code: JP